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挖掘机工作装置的斗齿仿生及动臂优化研究

作　者: 杨成
导　师: 李因武
学　校: 吉林大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 挖掘机工作装置斗齿仿生动臂优化
分类号: TU621
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着国家经济快速发展，国家增加了对能源开发、国防设施以及基础建设的投入，对工程机械产品的需求量变得越来越大。挖掘机是一种应用广泛的多功能的工程机械，其主要施工设备即工作装置的性能影响整个挖掘机的作业性能。优化挖掘机工作装置，提高挖掘机的整机工作性能，对于国民经济和工程机械的发展具有重要的意义。挖掘机的工作装置主要包括：斗齿、动臂、斗杆、铲斗，其中斗齿的构型影响其挖掘性能。动臂的尺寸参数影响挖掘机作业范围。本文以典型反铲液压挖掘机的工作装置为原型，结合本实验室仿生斗齿研究成果，在对典型反铲液压挖掘机工作装置进行运动学和动力学分析的基础上，采用虚拟样机技术模拟设计出与其相应的虚拟工作装置；而后将传统型挖掘机工作装置与仿生斗齿研究成果进行整合，基于ADAMS优化设计了工作装置的动臂，扩大了工作装置的作业范围，显著提高了挖掘性能，从而提高了整机作业性能。本文首先对工作装置的运动学和动力学做了理论分析，而后应用Pro/E软件对仿生斗齿及反铲液压挖掘机整体进行了三维建模；通过中间格式将其导入到ADAMS软件中，对创建的虚拟模型进行了运动学和动力学分析，获取了反铲液压挖掘机工作装置的最大挖掘半径、最大挖掘高度、最大挖掘深度、最大卸荷高度、最小回转半径等作业范围参数，得到装载有仿生斗齿的反铲液压挖掘机工作装置的斗杆最大挖掘力和铲斗最大挖掘力。在上述研究的基础上，通过改变工作装置动臂的尺寸参数，包括将动臂外侧线与中线的夹角由67°分别改为65°和70°以及将动臂弯曲处的圆弧半径由200mm分别改为210mm和190mm，并对其进行了两两组合；利用ADAMS进行仿真测试，得出了包括工作范围参数和最大挖掘力等8组数据，并将其与之前动臂尺寸未变的工作装置的测量数据进行对比，得出了外侧线与中线夹角65°、动臂弯曲处的圆弧半径210mm这一最优方案。通过对原型机的试验研究，得到反铲液压挖掘机工作范围参数及其工作装置的最大挖掘力。试验结果与基于ADAMS优化后结果的对比分析表明，基于ADAMS的优化显著提高了挖掘机工作装置的挖掘性能。研究结果为设计挖掘性能更加优良的反铲液压挖掘机工作装置提供基础数据和技术手段。

全文目录

摘要  4-7
Abstract  7-15
第1章绪论  15-28
  1.1 研究背景与意义  15-17
  1.2 仿生学理论  17-18
  1.3 国内外研究现状  18-25
    1.3.1 挖掘机发展概况  18-19
    1.3.2 挖掘机工作装置的国内外研究现状  19-25
  1.4 本论文的主要研究内容  25-26
  1.5 本章小结  26-28
第2章反铲挖掘机及其工作装置概述及运动学和动力学理论分析  28-51
  2.1 挖掘机的概述  28-33
    2.1.1 挖掘机工作原理及其主要参数  29-32
    2.1.2 反铲液压挖掘机的作业过程  32-33
  2.2 反铲液压挖掘机工作装置  33-39
    2.2.1 动臂  34-35
    2.2.2 铲斗  35-37
    2.2.3 斗齿  37-39
  2.3 反铲液压挖掘机工作装置的运动学及动力学分析  39-50
    2.3.1 反铲液压工作装置的运动学分析  39-44
    2.3.2 反铲液压挖掘机动力学分析  44-50
  2.4 本章小结  50-51
第3章反铲液压挖掘机工作装置的仿生学研究及其建模  51-59
  3.1 工作装置的仿生研究  51-55
  3.2 挖掘机工作装置仿真模型的建立  55-56
    3.2.1 Pro/E 软件简介  55
    3.2.2 挖掘机工作装置虚拟样机的建立  55-56
  3.3 本章小结  56-59
第4章反铲挖掘机工作装置的仿真分析  59-80
  4.1 ADAMS 简介  59-65
    4.1.1 ADAMS 软件的主要模块介绍  60-62
    4.1.2 ADAMS 进行仿真的过程  62-65
  4.2 挖掘机虚拟样机前处理  65-69
    4.2.1 导入模型  65-67
    4.2.2 添加约束  67-69
  4.3 基于 ADAMS 的挖掘机工作装置仿真  69-79
  4.4 本章小结  79-80
第5章基于 ADAMS 的挖掘机工作装置优化及实验研究  80-108
  5.1 基于 ADAMS 的挖掘机工作装置优化  80-101
    5.1.1 工作装置动臂的参数改进  80-100
    5.1.2 工作装置改变动臂尺寸后的仿真数据比较分析  100-101
  5.2 挖掘机工作装置的试验研究  101-107
    5.2.1 试验内容  102-105
    5.2.2 试验数据与优化后数据对比  105-107
  5.4 本章小结  107-108
第6章结论与展望  108-111
  6.1 结论  108-110
  6.2 展望  110-111
参考文献  111-120
导师及作者简介  120-121
致谢  121-122

挖掘机工作装置的斗齿仿生及动臂优化研究

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